energie
do
poslední
kapky
Uprostřed nejrůznějších poplašných zpráv o blížícím se „ropném vrcholu“ (v češtině označovaném také jako „ropný zlom“) nám nové pokročilé technologie nabízejí způsob, jak „vyždímat“ ropu ze země do poslední vytěžitelné kapky.
Leonardo Maugeri
■■
■■
■■
Předpovědi o tom, že globální těžba ropy začne brzy klesat a že většina ropy bude vytěžena v průběhu několika nastávajících desetiletí, se možná ukazují jako příliš pesimistické. Autor tohoto článku se domnívá, že díky novým pokrokům v těžební technologii budeme schopni do roku 2030 získat ze země až polovinu známých zásob ropy, oproti současným průměrným 35 procentům. Vyšší těžební produktivita, společně s objevy nových ložisek, by nám tak mohla zajistit ropu přinejmenším na celé další století. — Redakce
56
N
a čtrnácti čtverečných mílích ploché a vyprahlé oblasti v kalifornském Central Valley pracuje více než 8000 ropných čerpadel – „beranidel“, jak jim říkají staří naftaři. Jejich hlavy se pomalu zvedají a zase klesají přitom, jak vysávají ze země ropu. Třpytivé potrubí křižující celou oblast napovídá, že toto místo není pouhým skanzenem z dávné minulosti. Ale dokonce i před znalým okem zůstává ukryt technologický zázrak, který umožnil ropnému poli Kern River přežit celá desetiletí naplněná chmurnými předpověďmi. Když bylo v roce 1899 ropné pole Kern River objeveno, analytici se domnívali, že bude možné z něj vytěžit pouze asi 10 procent značně viskózní surové ropy, která se pod zemí nacházela. V roce 1942, po téměř čtyřech desetiletích skromné produkce, se odhadovalo, že ropné pole stále ještě obsahuje nějakých 54 miliónů barelů vytěžitelné ropy, zlomek z téměř 278 miliónů barelů již vytěžených zásob. „V následujících 44 letech pole vyprodukovalo ne 54, ale 736 miliónů barelů, a stále ještě v něm zbývá dalších 970 miliónů ba-
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
LANCE IVERSEN Corbis
ZÁKLADNÍ MYŠLENKY
l e d e n 2 010
w w w. S c i A m . c z
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
57
kolik ropy BUDE MOŽNÉ Z LO-
1899 ■■■■■■■ Odhadované vytěžitelné zásoby
1942
■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ Ropa vytěžená k danému datu ■■■■■■ Odhad zbývajících vytěžitelných zásob
2007 ■ ■ ■ ■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ Ropa vytěžená k danému datu ■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■ Odhad zbývajících vytěžitelných zásob 1 čtvereček = 10 miliónů barelů
58
relů“, poznamenal energetický guru Morris Adelman v roce 1995. Ale dokonce i jeho odhady se ukázaly jako příliš podhodnocené. V listopadu 2007 ropný gigant Chevron, tehdejší provozovatel pole, oznámil, že úhrnná produkce dosáhla dvou miliard barelů. Dnes Kern River stále ještě produkuje téměř 80 000 barelů denně a stát Kalifornie odhaduje jeho zbývající zásoby na přibližně 627 miliónů barelů. Chevron začal výrazně zvyšovat produkci v 60. letech díky zavádění vodní páry do ložiska, což byla v té době novátorská technologie. Později se objevily nové druhy průzkumných a vrtacích nástrojů, které (spolu s neustálým zaváděním páry) proměnily pole ve skutečný roh hojnosti. A Kern River není jediný případ. Podle obecné představy by těžba ropy měla sledovat zvonovitou trajektorii známou jako Hubbertova křivka (pojmenovanou podle zesnulého geologa společnosti Shell Oil, M. King Hubberta), která dosáhne svého vrcholu v okamžiku, kdy lidstvo vytěží polovinu známých světových zásob ropy. Namísto toho většina světových ropných polí v průběhu času prošla omlazením. Byla to technologie, která se tak v určitém smyslu stala oním rohem hojnosti. Mnozí analytikové nyní předpovídají, že za několik let globální těžba ropy dosáhne svého vrcholu a poté už bude jen klesat podle Hubbertovy křivky. Já však věřím tomu, že tyto předpovědi se nakonec ukážou jako mylné, stejně jako se ukázaly podobné předpovědi „ropného vrcholu“ v minulosti [viz „The End of Cheap Oil“, Colin J. Campbell a Jean H. Laherrère; Scientific American, březen 1998]. Nové průzkumné metody nám odhalují více z tajemství skrývajících se pod zemí. A pokrok v těžebních a extrakčních technologiích nám zase umožnil navrtání ropných zásob v oblastech dříve nepřístupných a na místech, kde vrtání bývalo předtím neekonomické. Pokročilé průzkumné, těžební a extrakční metody dokážou udržovat růst
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í Ropné pole Kern River
těžby po celá desetiletí a mohou nám zajistit ropu ještě na další století. Ačkoli ropa a další fosilní paliva představují riziko pro klima a životní prostředí na Zemi, alternativní zdroje energie zatím ještě nemohou soupeřit s všestranností, cenou a snadností přepravy a skladování ropy. Zatímco bude výzkum alternativ pokračovat, musíme zajistit, abychom zbývající ropu využívali zodpovědně.
Všechno, co nemůžeš opustit
V době, kdy se celý svět stále více obává blížícího se vrcholu a následného poklesu těžby ropy, může být překvapivé dozvědět se, že většina známých zdrojů naší planety zatím zůstává nevytěžena v zemi a ještě více jich stále čeká na své objevení. Na první pohled by nám ropa měla vydržet už jen několik desetiletí. V roce 2008, těsně před tím, než ekonomická krize spotřebu ropy srazila dolů, svět spaloval přibližně 30 miliard barelů ropy za rok. Předpokládáme-li, že v blízké budoucnosti se spotřeba vrátí na úroveň z roku 2008 a potom zůstane konstantní, měly by nám ověřené zásoby ropy na naší planetě – v současnosti odhadované na něco mezi 1,1 až 1,3 biliónů barelů ropy – vydržet jen asi 40 let. Ale ověřené zásoby jsou pouhým odhadem a nikoli pevně daným číslem. Jsou definovány jako množství známé ropy, kterou lze ekonomicky vytěžit pomocí současné technologie, takže s vývojem technologie i cen surové ropy se toto číslo stále mění. Především platí, že pokud se zmenší nabídka nebo naroste poptávka, ceny ropy vzrostou, takže ropa, kterou bylo dříve příliš drahé těžit, se stane součástí ověřených zásob. To je důvod, proč většina ropných polí vyprodukovala mnohem více ropy, než činily počáteční odhady jejich vytěžitelných zásob, a dokonce i více, než činily počáteční odhady jejich celkového objemu. Dnes bývá vytěženo v průměru jen 35 procent celkových zásob
l e d e n 2 010
SCIENTIFIC AMERICAN; ZDROJE: LEONARDO MAUGERI (graf); DAVID McNEW Getty Images (fotografie)
ŽISKA ZÍSKAT, bývá často velmi obtížné odhadnout. Tak například u kalifornského ropného pole Kern River (viz fotografie ve spodní části této strany a na předchozích stranách), celkové množství vytěžené ropy (žlutě) v průběhu času stále překračovalo průběžné odhady vytěžitelných zásob (červeně).
[PERSPEKTIVY PRŮZKUMU]
NEZMAPOVANÉ ZEMĚ (A OCEÁNY ) Ropa se nachází v sedimentárních (usazených) horninách na kontinentech a kontinentálních šelfech. Velká část povrchu kontinentálních desek je pokrytá sedimentárními pánvemi (černé oblasti). Pouze asi jedna třetina z této plochy však zatím byla prozkoumána pomocí moderních technik, které dokáží objevit ložisko ropy například i pod tisíce metrů silnými solnými usazeninami. Ve Spojených státech bylo vyvrtáno mnohem více průzkumných vrtů než v jakékoli jiné zemi (každá žlutá tečka představuje 2000 vrtů).
■ Sedimentární pánve ● 2000 průzkumných vrtů vyvrtaných za posledních 25 let
JEN CHRISTIANSEN; zdroje: STATISTIky IHS PEPS/E&P; DATABÁZE IHS EDIN-GIS (WWW.IHS.COM/ENERGY)
(umístění teček je pouze přibližné)
ropného pole, což znamená, že asi dvě třetiny ropy ve známých polích zůstává stále pod zemí. Tento zdroj bývá jen zřídka zmiňován v debatách o ropné budoucnosti lidstva. Dokonce i tak stará naftařská země, jako jsou Spojené státy americké, jejíž produkce ropy od 70. let klesá (i když ne tak rychle, jak předpověděla Hubbertova křivka), má stále pod svým povrchem velké objemy nevytěžené ropy. Ačkoli její ověřené zásoby nyní činí pouze 29 miliard barelů, poradní sbor zástupců naftařského průmyslu National Petroleum Council (NPC) odhaduje, že pod zemí stále zůstává přibližně 1124 miliard barelů, ze kterých by současnou technologií šlo vytěžit 374 miliard barelů. V celosvětovém měřítku americká vládní geologická agentura „U.S. Geological Survey“ (USGS) odhaduje zbývající zásoby konvenční ropy na sedm až osm biliónů barelů. Pouze část z toho však můžeme se současnou technologií, know-how a cenami vytěžit ekonomicky, a tedy zařadit do ověřených zásob. Avšak je toho ještě víc. Pouze jednu třetinu sedimentárních pánví (což jsou geologické formace, které mohou obsahovat ropu) na naší planetě jsme zatím důkladně prozkoumali pomocí moderních technologií (viz mapka nahoře). Data USGS navíc nezahrnují nekonvenční ropu, jako jsou různé živice, např. dehtové w w w. S c i A m . c z
písky, ropné břidlice, asfaltové břidlice, atd., které dohromady jsou přinejmenším stejně hojné jako konvenční ropa. Země nebo nějaká soukromá společnost tedy může tak zvýšit zásoby svého černého zlata, aniž by musela vrtat v nových oblastech nebo v dalekém zahraničí, pokud dokáže získat více ropy ze svých známých polí. Není to ale vždy jednoduchá záležitost.
Skalnatý původ
Na rozdíl od obecné představy se ropa v přírodě nevyskytuje v podobě nějakých jezer v podzemích jeskyních. Pokud byste mohli „vidět“ ropné ložisko, uviděli byste jen obyčejnou skálu, ve které zdánlivě není pro ropu žádné místo. Co však lidské oči nemohou spatřit, je nespočet drobounkých pórů a mikrotrhlin obsahujících miniaturní kapičky ropy společně s vodou a zemním plynem. Příroda tvořila tyto formace v průběhu miliónů let. Začalo to jako obrovské nánosy vegetace a mrtvých mikroorganismů nahromaděných na dně pradávných jezer, které se postupně rozkládaly a byly překrývány vrstvami jiných hornin. Vysoká teplota a tlak pak pomalu přeměnily organické usazeniny na dnešní ropu plyn. Fosilní paliva prosákla do pórovitých okolních hornin podobně jako například voda do pemzy.
Většina známých zdrojů naší planety zatím zůstává nevytěžena v zemi a ještě více jich stále čeká na své objevení.
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
59
Když takové ložisko navrtáme, zachová se podobně jako otevřená láhev šampaňského. Ropa se uvolní se svého pradávného skalnatého vězení a vnitřní tlak ložiska ji vytlačí na povrch (společně s kamením, blátem a dalšími úlomky). Ropa tryská z ložiska, dokud stačí jeho tlak, což může trvat několik let. Toto počáteční, neboli primární stadium těžby obvykle vytěží přibližně 10 až 15 procent ropy nacházející se pod zemí. Poté je nutné ropě ven nějak pomoci. Asi jedna třetina z ropy, zbylé v ložisku po ukončení tohoto počátečního „šampusového“ stadia, se nazývá nemobilní ropa – kapičky uvězněné silnými kapilárními silami uvnitř pórů nosné horniny. Zatím neexistuje technologie, která by dokázala tuto frakci ropy extrahovat. Ani zbylé dvě třetiny, ačkoli „mobilní“, se nemusí nutně dostat do vrtu samy bez pomoci. Ve skutečnosti asi polovina této „mobilní ropy“ uvázne v ložisku kvůli různým geologickým bariérám nebo nízké propustnosti
[Autor]
Leonardo Maugeri je ekonom a výkonný viceprezident italské ropné společnosti Eni. Je hostujícím vědeckým pracovníkem Massachusettského technologického institutu a členem externího energetického poradního sboru M.I.T. Jeho kniha Věk ropy získala v roce 2007 americkou cenu U.S. Choice Award. Začátkem roku 2010 mu vyjde v nakladatelství Praeger další kniha O věku ropy: Mýty, skutečnosti a budoucnost fosilních paliv a jejich alternativ.
příliš malých pórů. Situace je ještě horší, pokud samotná ropa není lehký tekutý typ, ale spíše těžká, viskózní sirupovitá kapalina. Aby pomohli části zbývající ropy prosáknout skrz póry v hornině k vrtu a potom se dostat vrtem na povrch, vhánějí provozovatelé ropných polí obvykle do ložiska zemní plyn a vodu, což se nazývá sekundární stadium těžby. Plyn zavedený do ložiska v něm obnoví vnitřní tlak, který dokáže protlačit ropu, je-li dostatečně tekutá, skrz horninové póry. A mezitím voda zavedená do ložiska zvedne ropu (která je lehčí než voda) k vrtu, podobně jako voda nalitá do sklenice s olivovým olejem zvedne olej nahoru. V posledním desetiletí se hranice mezi primárním a sekundárním stádiem těžby rozostřily, protože společnosti začaly aplikovat pokročilou technologii od samého začátku těžby. Jedním z technologických průlomů bylo horizontální vrtání, protože vrt ve tvaru písmene L dokáže vytěžit z ložiska podstatně více ropy než tradiční vertikální vrt, používaný od počátku naftařského průmyslu. Vertikální rameno vrtu může měnit svůj směr tak, aby prorazilo úseky ložiska, které by jinak byly úplně nepřístupné. Tato metoda, poprvé komerčně aplikovaná v 80. letech, je zvláště vhodná do loži-
[ ZÁKLADY ]
Pouze 10 až 15 procent ropy, nacházející se v ložisku, vytryskne spontánně z vrtu po jeho vyvrtání (primární výtěžek, dole vlevo). Jakmile vnitřní tlak z ložiska zmizí, vháněním vody nebo zemního plynu z něj můžeme dostat dalších 20 až 40 procent ropy (sekundární výtěžek, uprostřed). Zbývající ropa je buď uvězněna v malých izolovaných kapsách – a tedy nedobytná – nebo je příliš viskózní (hustá), než aby mohla proniknout horninou k vrtům. Pokročilejší technologie (viz rámeček na opačné straně) však dokážou snížit viskozitu ropy (více ji zkapalnit), a tím zvednout celkovou výtěžnost ložiska až na 60 i více procent (terciární výtěžek, vpravo).
pRIMÁRNÍ STADIUM
sEKUNDÁRNÍ STADIUM
tERCIÁRNÍ STADIUM
Výtěžek: až 15%
Výtěžek: 20 až 40%
Výtěžek: až 60%
Vnitřní tlak ložiska vytlačuje ropu ven.
Voda nebo zemní plyn, zavedené dovnitř, vytlačí z ložiska ještě více ropy.
Chemikálie, teplo nebo mikroorganismy sníží viskozitu zbylé ropy.
Ropné potrubí
Injekční vrt
Ropná ložiska nemají podobu kapalných podzemních
jezer; jsou to vrstvy pórovitých, ropou nasáklých hornin. Toto pěticentimetrové vrtné jádro pochází z podmořských ropných polí u pobřeží Sicílie, která jsou zatím příliš nákladná pro těžbu pomocí současné technologie. Černé žilky ropy jsou na pohmat pevné, jako kdyby bílá vápencová hornina byla jen pokryta skvrnami.
60
S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
Těžební vrt
Voda nebo zemní plyn
Činidlo snižující viskozitu ropy
l e d e n 2 010
ZDROJ: LEONARDO MAUGERI (autor); ZDROJ: DARIO SPERANZA (vzorek horniny); JEN CHRISTIANSEN (ilustrace)
tŘI STADIA TĚŽBY
sek, kde ropa a zemní plyn zaujímají tenké horizontální vrstvy. Také průzkumné technologie prodělaly svůj vývoj. Například pokročilé trojrozměrné snímkování podzemí, založené na odrazu seismických vln od hranic mezi horninami různého složení, dnes umožňuje získat podrobnější představu o struktuře existujícího ložiska. Díky tomu pak víme, na kterém místě ložiska je nejvýhodnější vrtat pro získání maximální výtěžnosti. Snímkovací technologie dnes umožňují geologům „spatřit“ i to, co je pod vrstvami soli, které leží nerovnoměrně pod mořským dnem a mohou být v některých případech silné až 5000 metrů. Podobně jako led i solné formace kdysi představovaly vážnou překážku, protože rozostřovaly seismické vlny využívané k vytvoření přesného obrazu podzemí. Tyto průlomy ve snímkovací technice společně s pokročilejšími technologiemi podmořského vrtání nám zpřístupnily nové oblasti v oceánech, které byly kdysi těžařům nedostupné. Například v 80. letech, kdy se otevírala pole v Severním moři, se zdálo, že technologie podmořského vrtání dosáhla svých mezí, když umožnila navrtat ložiska ležící v hloubce 100 až 200 metrů pod mořskou hladinou a ještě 1000 metrů pod mořským dnem. Během několika posledních let se však naftařskému průmyslu podařilo dosáhnout na ropu ležící v hloubkách 3000 metrů pod hladinou a 6000 metrů pod vrstvami skály a soli. Díky tomu již byly objeveny tři hlavní ultrahluboká ložiska: Thunder Horse a Jack v Mexickém zálivu a Tupi u pobřeží Brazílie.
[ TERCIÁRNÍ TĚŽEBNÍ TECHNOLOGIE]
NEKONVENČNÍ ZBRANĚ Poté, co primární i sekundární těžba vyčerpají svůj potenciál, nastoupí agresivnější metody (některé se zatím stále nacházejí v experimentálním stadiu), které dokážou „zkapalnit“ ropu natolik, aby dokázala protéct horninou směrem k vrtu. Protože však tyto pokročilé metody jsou velmi drahé, boj o získání co nejvíce ropy z horniny může vypuknout teprve tehdy, když to dovolí dostatečně vysoké výkupní ceny.
ZÁPALNÉ
Zapálení části ložiska (což vyžaduje přísun vzduchu pod zem) zvyšuje procento jeho výtěžnosti třemi způsoby: Za prvé, teplo z ohně snižuje viskozitu ropy. Za druhé, spalování produkuje oxid uhličitý, který vytlačuje ropu z ložiska ven. Za třetí, oheň rozštěpí velké a těžké molekuly ropy na menší, a tím i mobilnější.
CHEMICKÉ
Látky zvané povrchově aktivní činidla (detergenty) jsou zaváděny do ložiska, kde pomohou oddělit ropu od horniny, takže ropa může horninou lépe protékat. Vrstvičky detergentů pohltí malé kapičky ropy podobným způsobem, jako když obyčejné mýdlo smyje z povrchu mastnotu. Další variantou jsou chemikálie, které vytvoří mýdlovité materiály až ze složek nacházejících se přímo v ropě.
BIOLOGICKÉ
Experimentuje se zaváděním bakterií do ložisek (spolu s patřičnými živinami a v některých případech i kyslíkem), které mohou růst v mezivrstvě mezi ropou a horninou, čímž pomáhají uvolnit ropu z horniny. Bakteriím se umožní několikadenní růst a potom se pokračuje v těžbě. V budoucnu by mohly geneticky modifikované organismy částečně natrávit nejviskóznější frakci ropy, a tím zlepšit její tekutost.
JEN CHRISTIANSEN
Vyškrabování barelu
S tím, jak ropné vrty zasahují dále a hlouběji než kdy předtím, se vyvíjí i technologie umožňující získat více ropy z ložiska i po jeho zdánlivém vyčerpání. Primární a sekundární stadium těžby dokáží společně získat něco mezi 20 až 40 procenty ropy, která se nachází pod zemí. Abychom získali z ložiska něco navíc, musíme v procesu, který experti nazývají terciární stadium těžby, nějakým způsobem obvykle snížit viskozitu zbylé ropy, čili ji „zkapalnit“. Můžeme to učinit pomocí tepla, plynů, chemikálií a dokonce i mikrobů. Zavádění páry patří mezi nejstarší tepelné metody a bylo klíčové pro omlazení ropného pole Kern River na začátku 60. let. Horká pára zahřeje nadložní formace a „rozpohybuje“ ropu. Do dnešních dnů je projekt zavádění páry do ložiska Kern River jedním z největších svého druhu na světě. Pára byla také využita při těžbě ložisek dehtových písků v Albertě, které jsou příliš hluboko na povrchovou těžbu. w w w. S c i A m . c z
Pokročilé průzkumné, těžební a extrakční metody mohou udržovat růst těžby ještě po celá desetiletí.
Jinou tepelnou metodou, která byla vyzkoušena v praxi, je spalování části uhlovodíků v ložisku za současného zavádění vzduchu na podporu hoření. Oheň generuje teplo a oxid uhličitý (CO2), které oba snižují viskozitu ropy. Většina z CO2 navíc zůstává pod zemí, takže pomáhá ropu vytlačovat na povrch. Ve stejném okamžiku samotný oheň štěpí větší a těžší molekuly ropy na menší a lehčí, takže tím opět zvyšuje její mobilitu. Regulací proudu vzduchu můžeme kontrolovat množství spálené ropy, abychom zabránili uvolnění nečistot do okolního prostředí. Běžnější metodou je zavádění plynů, jako například CO2 nebo dusíku, pod vysokým tlakem do ložiska. Tyto plyny mohou obnovit nebo udržovat vnitřní tlak v ložisku a také se mísit s ropou, čímž zmenší její viskozitu i síly, které drží ropu uvězněnou v hornině. Ve Spojených státech je CO2 , získávaný z vulkánů nebo odpadních plynů elektráren, využíván pro těžbu ropy už od 70. let. V současnosti tento proces běží přibližně ve stu projektů s vyhrazenou potrubní sítí převyšující délku 2500 kilometrů. Znalosti shromážděné v technologiích zavádění CO2 nám otevřely cestu pro zachycování a ukládání CO2 z elektráren, což by nám mohlo pomoci S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
61
KOLIK ROPY NÁM JEŠTĚ ZBÝVÁ?
Předpovědi těžby ropy (v miliónech barelů denně) 120
90
2030 Předpověď amerického ministerstva energetiky (2009) Skutečnost 2015 Předpověď „ropného vrcholu“ (Al Husseini, 2005)
60
Plné využití nekonvenčních zdrojů ropy (Odell, 2004)
Předpověď Campbella a Laherrère (1998) 30
0 2000 Dnešek
2020
2040
2060
2080
2100
která může být v případě ropných polí v odlehlých regionech také příliš drahá. Novější strategií je chemická terciární těžba. Do ropy uvězněné v hornině lze přidat určité chemické látky, které ji z horniny uvolní a učiní ji tekutější, takže může snadněji proudit k vrtu. Všechny tyto látky pracují na stejném principu, který se podobá tomu, když vrstvičky mýdlových molekul obklopí mastnotu a odstraní ji z vašich rukou. Nejúspěšnější chemický proces navíc zvyšuje viskozitu podzemní vody, která tak účinněji vytlačuje ropu směrem k vrtu, aniž by ji předběhla. Na čínském ropném poli Daqing se od poloviny 90. let přičítá tomuto procesu získání 10 procent ropy ze země navíc. Jiná varianta procesu zase využívá roztok louhu, který generuje mýdlovité materiály ze složek přítomných v samotné ropě, což umožňuje snížit celkové náklady. Mikrobní těžba ropy je stále ještě v plenkách, ale experimenty již probíhají ve Spojených státech, Číně i dalších zemích. Naftaři napumpují do ložiska velké množství specializovaných mikrobů spolu s příslušnými živinami a v některých případech i s kyslíkem. Mikroby rostou na rozhraní mezi horninou a ropou, čímž napomáhají uvolnění ropy z horniny. Genetické inženýrství nám zase otevírá možnost modifikovat bakterie a ostatní mikroorganismy tak, aby jejich pomoc při těžbě ropy byla ještě účinnější. UHLÍKOVÁ STOPA při
Dehtové písky patří mezi nejrozšířenější nekonvenční zdroje ropy. Jejich těžba je však energeticky velmi náročná a může mít vážné negativní dopady na životní prostředí, včetně produkce velkého objemu odpadních vod.
62
snížit emise tohoto skleníkového plynu do atmosféry a udržet ho stovky let pod zemí. První komerční projekt zachycování a ukládání uhlíku běží na podmořském ropném poli Sheipner u norského pobřeží už od roku 1996. Každý rok je tam uložen pod zem milión tun CO2. Toto množství je velmi malé, když uvážíme, že samotná lidská činnost je podle odhadů zodpovědná za vypuštění nějakých 50 miliard tun ročně do atmosféry, ale přesto úspěch projektu slouží jako důkaz funkčnosti konceptu. Je ironické, že hlavním problémem bránícím širšímu využívání CO2 pro těžbu ropy je právě jeho nedostatek. Zachycování plynu z elektrárenských komínů nebo sopek není zrovna levné a náklady na zachycení z menších zdrojů, například z automobilů nebo i většiny průmyslových podniků, úplně zabraňují využití. Další komplikací je přeprava,
spálení jednoho galonu paliva závisí na spoustě faktorů, včetně toho, jakým způsobem je surovina získána a zpracována. Těžba viskózní ropy zaváděním vodní páry pod zem vyžaduje více energie než prosté „čerpání ropy“, takže je doprovázena i větším množstvím emisí CO2 (oxidu uhličitého), stejně jako extrakce ropy z dehtových písků. Avšak zdaleka nejvíce je emisemi zatížena přeměna uhlí na naftu. EMISE CO2 (kilogramy CO2 na litr benzínu nebo ekvivalentní množství jiného paliva) 2,74
ROPA TĚŽENÁ PRIMÁRNÍ TECHNOLOGIÍ (Aljaška) 3,22
ROPA TĚŽENÁ ZAVÁDĚNÍM PÁRY (Kern River) 3,38
DEHTOVÉ PÍSKY EXTRAHOVANÉ PaRou 6,12
VÝROBA NAFTY Z UHLÍ 2,73
VÝROBA ETANOLU Z KUKUŘICE 1,58
VÝROBA NAFTY Ze sójových bobů S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
l e d e n 2 010
JEN CHRISTIANSEN; ZDROJE PRO HORNÍ GRAF: „WHY CARBON FUELS WILL DOMINATE THE 21ST CENTURY’S GLOBAL ENERGY ECONOMY“, PETER R. ODELL, MULTI-SCIENCE PUBLISHING, 2004 (červená křivka); U.S. DEPARTMENT OF ENERGY, REPORT #DOE/EIA-0484, 2009 (zelená křivka); AL HUSSEINI, NA ZÁKLADĚ ROZHOVORU Z ROKU 2005 S ASPO-USA (předpověď vrcholu 2015, modrá křivka); ASSOCIATION FOR THE STUDY OF PEAK OIL AND GAS (ASPO) NEWSLETTER, SESTAVIL C. J. CAMPBELL, Č. 90; ČERVEN 2008 (vrchol 2010, fialová křivka); ZDROJE PRO SPODNÍ GRAF: „TRANSPORTATION IN A CLIMATECONSTRAINED WORLD“, ANDREAS SCHÄFER A KOL., MIT PRESS, 2009; „COMPARISON OF NORTH AMERICAN AND IMPORTED CRUDE OIL LIFECYCLE GHG EMISSIONS“, JEFF ROSENFELD, JENNIFER PONT AND KAREN LAW, ZPRÁVA TIAX LLC,6. ČERVENCE, 2009; „ENVIRONMENTAL, ECONOMIC, AND ENERGETIC COSTS AND BENEFITS OF BIODIESEL AND ETHANOL BIOFUELS“, JASON HILL, ERIK NELSON, DAVID TILMAN, STEPHEN POLASKY A DOUGLAS TIFFANY, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES USA, DÍL 103, Č. 30; 25. ČERVENCE, 2006; LARA SOLT Corbis (ruka držící dehtový písek)
PŘEDPOVĚDI BUDOUCNOSTI TĚŽBY ROPY SE ZNAČNĚ LIŠÍ . Někteří analytici použili model původně navržený geologem M. King Hubbertem k vypracování zvonovité křivky, která měla původně vyvrcholit už v roce 2002 (fialová), podle novějších odhadů až v roce 2015 (modrá) a potom už jen neúprosně klesat. Jiné, optimističtější předpovědi, jako například americké vlády (zelená), berou v úvahu očekávané objevy nových ropných polí a také vylepšení technologií, které umožní získat více ropy ze známých ložisek. Plné využití nekonvenčních zdrojů, jako například dehtových písků a ropných břidlic, by mohlo udržovat křivku v růstu po dalších pět desetiletí (červená).
Bude nebo nebude vrchol? Mnoho analytiků se trápí nad otázkami dostupnosti ropy v budoucnosti a zda trvalý globální růst její těžby už náhodou nedosahuje svých mezí. Autor tohoto textu se sám označuje za skeptika a proto jsme ho požádali o podobnější vysvětlení. SCIENTIFIC AMERICAN: Často veřejně prohlašujete, že rozruch kolem „ropného vrcholu“ je příliš panikářský. Není však lepší nebezpečí spíše přecenit než podcenit? LEONARDO MAUGERI: Je absurdní předpovídat nějaký vrchol těžby ropy, protože to by předpokládalo, že víme, kolik ropy se celkově nachází pod zemí. Ale to nikdo na světě neví – dokonce ani řádově ne. A zatím nejhorším důsledkem této periodicky se vracející ropné paniky je to, že motivuje snahu západních politických kruhů získat kontrolu nad světovými regiony produkujícími ropu. SA: Ale zastánci ropného vrcholu poukazují na současnou nestabilitu cen surové ropy (z maxima 147 dolarů za barel v červenci 2008 na přibližně 32 dolarů v prosinci a pak zase na 70 dolarů v srpnu 2009) jako na známku toho, že se již blížíme k ropnému vrcholu. LM: Pokud by si všichni mysleli, že nám dochází ropa, její cena by nepřetržitě stoupala a nikoli takto
kolísala. A protože cena ropy má klíčový vliv na ceny všech energetických zdrojů, tato nejistota poškozuje všechny – podívejte se, co se stalo s investicemi do obnovitelných zdrojů energie od konce roku 2008! SA: Skutečně, největší projekty, jako například plán ropného magnáta T. Boone Pickense na větrnou farmu v Texasu, byly odloženy. Takže proč je vlastně cena ropy jako na houpačce? LM: Domnívám se, že to, co pohání ceny ropy, je předpokládaná rezervní produkční kapacita – nebo spíše její nedostatek. Problém je, že nemůžete změnit velikost rezervní kapacity přes noc. SA: Co tedy můžeme udělat, abychom ceny ropy stabilizovali? LM: Na setkání ministrů energetiky zemí G8 v letošním květnu má společnost Eni navrhla založení Globální energetické agentury, která by měla mandát tlumit volatilitu cen ropy. Jejím
Žádná z těchto pokročilých těžebních technologií není právě levná. Ale již dnes se některé z nich vyplatí (zvláště těžba pomocí CO2 za předpokladu, že máme k dispozici blízký zdroj plynu), pokud cena surové ropy zůstane nad 30 USD za barel a většina z těchto metod (včetně chemických) začnou být ekonomické od ceny kolem 50 USD za barel.
Budoucí objevy
Pravdou je, že dochází tzv. „snadná ropa“, pravděpodobně proto, že byla jako první objevena a začala být spalována. Mnohé z největších a nejproduktivnějších světových zásobáren ropy se přibližují ke stavu, který já nazývám „technologická zralost“, což znamená, že tradiční těžební technologie zde přestávají být účinné. Tyto zásobárny zahrnují ložiska v zemích Perského zálivu, Mexiku, Venezuele a Rusku, které začaly produkovat ropu ve 30., 40. a 50. letech. Aby tato pole mohla produkovat ropu i v budoucnu, budou potřebovat nové technologie. „Snadná ropa“ nebyla až tak „snadná“ v době svého objevení. A stejně tak dnešní obtížná ropa bude díky technologickému vývoji zítra ropou snadnou. Technologický pokrok v naftařském průmyslu byl vždy výsledkem dlouhých a vleklých procesů. Horizontální vrtání bylo poprvé testováno ve 30. letech a některé z nejpokročilejších těžebních metod jsou známé už přinejmenším od 50. let. Po většinu historie jsme ale měli k dispozici nadbytek levné ropy, takže její cena byla příliš nízká, než aby se vyplatilo investovat do nákladných inovací. Přichází však nová éra, ve které bude vývoj a zavádění technologií mnohem rychlejší. w w w. S c i A m . c z
➥ Chcete-li
vědět více:
The Economics of Petroleum Supply. Morris A. Adelman. MIT Press, 1993. Petroleum Provinces of the Twenty-First Century. Marlan W. Downey, Jack C. Threet a William A. Morgan. American Association of Petroleum Geologists, 2002. The Age of Oil: The Mythology, History, and Future of the World’s Most Controversial Resource. Leonardo Maugeri. Praeger Publishers, 2006. Oil in the Twenty-First Century: Issues, Challenges, and Opportunities. Úprava Robert Mabro. Oxford University Press, 2006. Grassoline at the Pump. George W.Huber and Bruce E. Dale, Scientific American, díl 301, č. 1, strany 52–59, červenec 2009.
hlavním úkolem by bylo dodávat úplná a transparentní data o ropném trhu a provozovat jednak globální stabilizační fond, který by zabraňoval prudkým poklesům cen ropy, jednak trh s rezervní kapacitou, který by zabraňoval naopak jejich prudkému růstu. SA: Jsou vysoké ceny ropy z ekologického hlediska dobré nebo špatné? LM: Svět potřebuje takovou cenu ropy, která není ani příliš vysoká ani příliš nízká. V dnešních podmínkách by ideální cena ropy měla být kolem 60 až 70 dolarů za barel. Při cenách nad 70 dolarů se začínají vyplácet například i neefektivní metody výroby biopaliva z rostlin, například etanolu z kukuřice. Výroba biopaliva pak má tendenci vytlačit globální potravinové zemědělství, s devastujícími účinky na nejchudší světovou populaci. Při cenách pod 50 až 60 dolarů se přestávají vyplácet snahy o úsporu energie a projekty obnovitelných zdrojů mizí z trhu.
Posun ke větší výtěžnosti ložisek může být paradoxně zpomalen současnou vlnou „surovinového nacionalismu“. Zatímco počátkem 70. let hlavní ropné společnosti ovládaly přibližně 80 procent globálních ropných zásob, dnes je více než 90 procent světové konvenční ropy pod přímou kontrolou zemí prostřednictvím jejich státních ropných společností. Avšak nejistá budoucnost ohledně poptávky způsobuje, že některé z těchto zemí se zdráhají investovat do moderních technologií a průzkumu, obzvláště proto, že takové náročné investice by znamenaly přesun finančních zdrojů ze sociálních a ekonomických rozvojových programů. I přesto se nakonec odvážím učinit předpověď. Do roku 2030 bude více než 50 procent v té době známé ropy technologicky vytěžitelných a zároveň podstatně vzroste množství známé ropy. Zvýší se podíl těžené nekonvenční ropy, jako například ropných břidlic, což zvětší celkové množství vytěžitelných zásob na něco mezi 4500 až 5000 miliardami barelů ropy. Významná část těchto „nových zásob“ ovšem nebude pocházet z nově objevených ložisek, ale z nových schopností lépe využít to, co již máme. Samozřejmě, že do roku 2030 již budeme mít spotřebováno dalších 650 až 700 miliard barelů, takže z oné vytěžitelné zásoby 4500 až 5000 barelů již budeme mít v té době celkově spotřebováno přibližně 1600 miliard barelů. Pokud jsou však mé odhady správné, vystačí nám ropa na celý zbytek 21. století. Skutečným problémem však bude, jak využít tuto zbývající ropu rozumně, bez plýtvání daného našimi nepřijatelným spotřebními zvyklostmi, a hlavně bez ohrožování našeho životního prostředí a klimatu. ■ S C I E N T I F I C A M E R I C A N Č E S K É V Y DÁ N Í
63
